Способ нанесения электропроводящего слоя на матрицу из полиэфирной смолы или силикона Российский патент 2024 года по МПК C25D5/54 B82Y99/00 

Изобретение относится к области гальванотехники, касается способа нанесения электропроводящего слоя на матрицу из полиэфирной смолы или из силикона, которое может быть использовано при изготовлении электропроводящих пленок и слоев на диэлектрических моделях и формах при электрохимическом осаждении металлов.

При химико-гальваническом нанесении покрытия на модели (матрицы), выполненные из диэлектриков, отличительной особенностью является наличие тонкого электропроводящего слоя и способ его нанесения на поверхность. Технологический процесс получения электропроводящего слоя на пластиковой диэлектрической поверхности матрицы с точным повторением ее контура является сложным и многооперационным, включает стадии обезжиривания, травления, промывку, сенсибилизацию, активацию, получение рабочего металлизированного слоя (Гальванические покрытия в машиностроении. Справочник под ред. М.А. Шлугера и др. Т. 2. - М.: Машиностроение, 1985). На осуществление этого процесса необходима гальваническая линия из 17 ванн разных размеров, соответствующий объем электролитов с добавками и производственные площади.

Известна композиция для получения электропроводящего покрытия (RU 2034883, кл. C09D 5/24, опубл. 10.05.1995), включающая, мас. %: полистирол 8-10; порошок никеля карбонильного, модифицированного олеиновой кислотой, 46-48; диоксид кремния 0,5-1,0; смесь толуола с бензиловым спиртом в соотношении 6:1 - остальное. Композицию готовят путем механического смещения компонентов. Никель карбонильный предварительно модифицируют олеиновой кислотой на магнитной мешалке. Состав наносят на подложки из вторичного ударопрочного полистирола пневматическим распылением, кистью или окунанием и поливом, сушат при комнатной температуре в течение 15-30 мин.

Большей электропроводностью для обеспечения высокотехнологичного и эффективного процесса электрохимического осаждения обладает композиция для получения электропроводящего покрытия (RU 2261943, кл. C25D 5/54, опубл. 10.10.2005), включающая связующее - смолу, электропроводящий наполнитель, в качестве которого введен неокисленный медьсодержащий сплав, органический растворитель, и дополнительный растворитель - углеводородно-сложноэфирный композит, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

связующая компонента (смола) 1-5, углеводородно-сложноэфирный композит 10-30, электропроводящий наполнитель (медьсодержащий сплав) 10-60, органический растворитель остальное.

Для обеспечения равномерного электропроводящего слоя заданной толщины на поверхности матриц сложного рельефа, в частности диэлектрических, известно техническое решение (RU 2261943, кл. C25D 5/54, опубл. 10.10.2005), состоящее в том, что в электропроводящую композицию, включающую связующее - смолу, электропроводящий наполнитель и органический растворитель, введен в качестве дополнительного растворителя углеводородно-сложноэфирный композит, а в качестве электропроводящего наполнителя введен неокисленный медьсодержащий сплав при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

связующая компонента (смола) 1-5, углеводородно-сложноэфирный композит 10-30, электропроводящий наполнитель (неокисленный сплав меди) 10-60, органический растворитель остальное.

Недостаток получения на диэлектрической поверхности матрицы электропроводящего слоя с использованием известных композиций состоит в том, что процесс включает стадии травления, сенсибилизации, активации, которые требуют соответствующего материального обеспечения.

Более простым и целесообразным представляется использование для создания электропроводящего слоя на диэлектрической поверхности матрицы композиции с использованием графеновых нанотрубок. Преимущества нанотрубок по сравнению с другими добавками связаны с их исключительными свойствами, такими как высокая электро- и теплопроводность, рекордная прочность и гибкость. В отличие от традиционных добавок, которые неравномерно распределяются в матрице материала, графеновые нанотрубки создают трехмерную армирующую и электропроводящую сеть.

Задача, решаемая изобретением, - получение на диэлектрической поверхности матрицы электропроводящего покрытия с точным повторением контура матрицы путем использования композиции, содержащей графеновые нанотрубки.

Техническим результатом от использования предлагаемого изобретения является возможность получения электропроводящего слоя на диэлектрической поверхности матрицы в виде металлического слоя любой толщины путем гальванического осаждения без стадий травления, сенсибилизации, активации.

Это достигается тем, что способ нанесения электропроводящего слоя на матрицу из полиэфирной смолы или из силикона включает смешение до состояния однородности компонентов композиции для электропроводящего слоя, содержащих полиэфирную смолу или силикон и пасту-концентрат графеновых нанотрубок при следующем соотношении компонентов, мас. %: полиэфирная смола или силикон - 95-99,5, паста-концентрат графеновых нанотрубок - 0,5-5, дальнейшее смешение полученной массы с отвердителем и осуществление сразу вслед за этим нанесение ее на матрицу ручным методом формовки с помощью кисти слоем 1-3 мм; если в композиции для электропроводящего слоя присутствует материал матрицы, то на границу раздела матрицы и композиции для электропроводящего слоя предварительно наносят слой воскового разделителя, отвержденный электропроводящий слой затем армируют полиэфирной смолой со стекломатом; матрицу площадью более 1 м² укрепляют каркасом из диэлектрика.

Изобретение иллюстрируется следующими рисунками.

На фиг. 1 - полученное никелевое покрытие толщиной 1 мм путем гальванического осаждения на матрице с электропроводящим слоем из полиэфирной смолы и пасты-концентрата графеновых нанотрубок.

На фиг. 2 - получение никелевого покрытия толщиной 2 мм путем гальванического осаждения на матрице с электропроводящим слоем из силикона и пасты-концентрата графеновых нанотрубок:

а - нанесенный на матрицу электропроводящий слой (1 мм) с диэлектрическим укрепляющим слоем (7 мм),

б - армированный полиэфирной смолой со стекломатом слой,

в - мастер-модель (матрица с нанесенным электропроводящим слоем) и снятое с мастер-модели никелевое покрытие.

Предлагаемую композицию для получения электропроводящего слоя наносят следующим образом.

Наносят разделительный слой на матрицу. В зависимости от того, входит ли материал матрицы в композицию для электропроводящего слоя, используют разделительные составы на границах раздела согласно Таблице 1.

Таблица 1
Разделительный слой на границе раздела матрицы и композиции для электропроводящего слоя Матрица Композиция для электропроводящего слоя включает Разделительный слой Полиэфирная смола Полиэфирная смола Восковые разделители (например, BlueWax) Силикон Полиэфирная смола Нет разделителя Полиэфирная смола Силикон Силикон Силикон Восковые разделители (например, Вс-М)

Выполняют смешение компонента А (полиэфирной смолы или силикона) с пастой-концентратом графеновых нанотрубок производства OCSiAl, в объеме от 0.5 до 5% в зависимости от желаемого уровня электропроводности. Убедившись, что паста-концентрат равномерно распределилась в объеме компонента А, смешивают полученную массу с рекомендуемым количеством отвердителя и сразу осуществляют нанесение полученного материала на матрицу ручным методом формовки с помощью кисти. Толщина слоя должна быть в пределах 1-3 мм.

После отверждения электропроводящего слоя производят его укрепление путем набора толщины из диэлектрического материала (смола с армированием из стекломата).

В зависимости от размеров мастер-модели конструкцию укрепляют во избежание коробления покрытия, образующегося в процессе гальванического осаждения, путем изготовления дополнительного каркаса из диэлектрических материалов. Модели площадью менее 1 м² допускается дополнительно не укреплять.

Ниже представлены примеры конкретного осуществления предлагаемого изобретения.

Пример 1.

Получали композицию для электропроводящего слоя, смешивая полиэфирную смолу (99,5 мас. %) с пастой-концентратом графеновых нанотрубок производства OCSiAl (0,5 мас. %) до состояния однородности. На модель (матрицу) из полиэфирной смолы площадью 1,5 м² наносили слой разделительным воском BlueWax 333. Убедившись, что паста-концентрат равномерно распределилась в объеме полиэфирной смолы, смешивали полученную массу с отвердителем и сразу наносили на модель, покрытую слоем разделительного воска, ручным методом формовки с помощью кисти слоем 2,5 мм. После отверждения электропроводящего слоя производили его укрепление путем набора толщины из смолы с армированием из стекломата.

Пример 2.

Получали композицию для электропроводящего слоя, смешивая силикон (97 % от общего объема композиции) с пастой-концентратом графеновых нанотрубок производства OCSiAl (3 мас. %) до состояния однородности. На модель (матрицу) из силикона площадью 0,9 м² наносили слой разделительной восковой смазки Вс-М. Убедившись, что паста-концентрат равномерно распределилась в объеме силикона, смешивали полученную массу с отвердителем и сразу наносили на модель, покрытую слоем разделительного воска, ручным методом формовки с помощью кисти слоем 2,5 мм.

Пример 3.

Получали композицию для электропроводящего слоя, смешивая полиэфирную смолу (95 мас. %) с пастой-концентратом графеновых нанотрубок производства OCSiAl (5 мас. %) до состояния однородности. Убедившись, что паста-концентрат равномерно распределилась в объеме полиэфирной смолы, смешивали полученную массу с отвердителем и сразу наносили на модель из силикона площадью 0,9 м² ручным методом формовки с помощью кисти слоем 2,5 мм

При приготовлении композиции из диэлектриков и пасты-концентрата из графеновых нанотрубок преследовалась цель: получить минимальное электрическое сопротивление электропроводящего слоя, а значит максимальную электропроводность. Увеличивая объем пасты-концентрата из графеновых нанотрубок от 0,5 до 5% в составе композиции, получили тенденцию к увеличению электропроводности электропроводящего слоя при увеличении концентрации графеновых нанотрубок в составе электропроводящего слоя. Результаты экспериментов приведены в таблице 1.

Таблица 2
Поверхностное сопротивление в электропроводящих слоях с разной концентрацией графеновых нанотрубок в составе слоя Состав композиции для электропроводящего слоя, мас. % Поверхностное сопротивление, Ом/см Полиэфирная смола/силикон Паста-концентрат
графеновых нанотрубок 99,5 0,5 2×10⁸, 55×10⁹, 230×10⁹ 97 3 540×10⁷, 32×10⁷, 71×10⁷ 95 5 62×10⁴, 370×10³, 420×10³

Изобретение относится к области гальванотехники. Производят смешение до состояния однородности компонентов композиции для электропроводящего слоя. Композиция содержит полиэфирную смолу или силикон и пасту-концентрат графеновых нанотрубок при следующем соотношении компонентов, мас.%: полиэфирная смола или силикон - 95-99,5, паста-концентрат графеновых нанотрубок - 0,5-5. Осуществляют дальнейшее смешение полученной массы с отвердителем. Сразу вслед за этим производят нанесение композиции для электропроводящего слоя на матрицу из полиэфирной смолы или из силикона ручным методом формовки с помощью кисти слоем 1-3 мм. Техническим результатом является получение электропроводящего слоя на диэлектрической поверхности матрицы в виде металлического слоя любой толщины путем гальванического осаждения без стадий травления, сенсибилизации, активации. 2 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 табл., 3 пр.

1. Способ нанесения электропроводящего слоя на матрицу из полиэфирной смолы или из силикона, включающий смешение до состояния однородности компонентов композиции для электропроводящего слоя, содержащих полиэфирную смолу или силикон и пасту-концентрат графеновых нанотрубок при следующем соотношении компонентов, мас.%:

полиэфирная смола или силикон - 95-99,5,

паста-концентрат графеновых нанотрубок - 0,5-5,

дальнейшее смешение полученной массы с отвердителем и осуществление сразу вслед за этим нанесения ее на матрицу ручным методом формовки с помощью кисти слоем 1-3 мм.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что если в композиции для электропроводящего слоя присутствует материал матрицы, то на границу раздела матрицы и композиции для электропроводящего слоя предварительно наносят слой воскового разделителя, отвержденный электропроводящий слой затем армируют полиэфирной смолой со стекломатом.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что матрицу площадью более 1 м² укрепляют каркасом из диэлектрика.